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1、南京大学配位化学国家重点实验室磁性基础知识宋友1.量子力学基础°量子力学认为原子中任一电子的状态可以用n,l,m和s四个量子数来描述:l°主量子数n，n=1,2,…，决定原子中电子的能量°角量子数l，l=0,1,2,…,n-1，决定电子绕核运动的角动量的大小°磁量子数m，m=0,±1,±2,…,±l，决定电子绕ll核运动的角动量在外磁场中的取向°自旋量子数m，m=±1/2，决定电子自旋角动量ss在外磁场中的取向通常情况下描述一个原子的磁矩：°对于只有一个电子的原子：μˆ=−gμBsˆ-24-1μB=he/4πmc=9.274×10JT(玻尔
2、磁子)μˆ=−gμ∑sˆ=−gμSˆ°对多个电子的原子：BiBi当有轨道贡献时,自旋轨道发生偶合,则:Lˆ=∑lˆiSˆ=∑sˆiJˆ=Lˆ+SˆiiS(S+1)+J(J+1)−L(L+1)g=1+2J(J+1)μˆ=−gμJˆB2.Curie-Weiss定律°无序的自旋电子在没有外磁场作用下，净自旋为零；在外磁场作用下沿磁场方向排列产生净自旋，宏观上称为M(磁化强度,emuGmol-1,cm3Gmol-1)Mˆ=χHˆ-13-1χM是磁化率(emumol,cmmol)，H是磁场强度(G,Oe,T)22NgμB⎛C⎞χM=∑S(S+1)⎜=
3、⎟3kT⎝T⎠C居里常数。Nμ2/3k=0.125emuKmol-1，所以：BC=0.125g2ΣS(S+1)=χT=常数M2Nμeffμeff=μBg∑S(S+1)⇒χM=⇒μeff=2.828χMTμB3kT°低温下引入另一个常数θ(Weissconstant)，则χM=C/(T-θ)即Curie-Weiss定律3.磁性测定种类°变温磁化率：χ-TM°变场磁化强度：M-H°交流磁化率：χ'-T，χ″-T4.常见的磁性类型54-13molβN2/M1001000020000300004000050000H/G图1常见磁体或磁偶合的种类——
4、ferromagnetorferrimagnet,——metamagnet,——paramagneticcomplexorantiferromagneticcoupling,——antiferromagnet,——diamagnet,——ferromagnet4.1.铁磁体↑↑↑↑↑↑↑Cu[Fe(CN)]·4NH·9HO的磁性。3623214004zfcm1200fcm310002polycrystalline-1800-11600mol0βN-1400//emuGmolM-2M200-30-4-200051015202530-60000
5、-40000-200000200004000060000T/KH/Oe图2确定T=16K图3可确定饱和磁化强度：cM=Σgsμ(M/6.022/9.274)siiB65.0404.54H//ab35χ4.0MH//c30χT3.5M2-13.0χ-125M/emumol2.5mol020β2.0N15/-2/emuKmol1.5-1MTχM101.0-450.50.00-6-0.5-3000-2000-10000100020003000050100150200250300H/OeT/K左：图4M=Σgsμ=g×3/2+g×2/2=5.3Nμ
6、mol-1，siiBCuFeB实验值5.61Nμmol-1B右：图5变温磁性，室温下χT=2.61emuK/mol,C=M0.125×(2.22×1/2×3/2×3+22×1/2×3/2×2)=2.11emuK/mol，铁磁性交换。4.2亚铁磁体↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓图6.Angew.Chem.Int.Ed.1999,38(12),1795:[Mn(en)][Cr(CN)]362·4HO.Insert:ExpandedviewoftheminimumregionofχT.2M铁磁体和亚铁磁体的交流磁性1.04.03.50.83.0-1-1
7、2.50.62.00.41.51.0'/emuGmol''/emuGmolm0.2m0.50.00.0-0.52030405060708030405060T/KT/K图7铁磁体和亚铁磁体的交流信号通常没区别4.3反铁磁体和反铁磁性化合物↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓0.082.00.07m'0.2m''0.06χM1.5χχTMMT-1-10.05/emuKmol0.041.00.10.03/emumolM/emuGmolχ0.020.5-1acm0.010.00.000.005010015020025030005101520T/KT/K图7反铁磁体
8、：NiII+2×radical0.05040.0450.040χ3MχM0.035χTT-1M/emuKmol0.0302/emumol0.025Mχ1-1图8二维反铁磁性化合物
